轮胎性能：滚动阻力与均匀性的关键因素

2023-08-31 理论教育版权反馈

【摘要】：轮胎设计是根据特殊使用目的提供最佳性能。轮胎基本性能包括：1）轮胎滚动阻力。9）轮胎的均匀性。这种摩擦阻力占全部滚动阻力的5%～10%，并且随路面情况、轮胎结构、胎面花纹及其他因素而波动。它是轮胎滚动阻力产生的主要原因，占全部滚动阻力的90%以上。大客车、重型载货汽车及轻型载货汽车的行驶速度较低，轮胎的空气压力较高。车胎磨损后，胎面纹槽便不能尽快排除轮胎与路面的积水，也就不能防止发生浮滑现象。

轮胎设计是根据特殊使用目的提供最佳性能。而在特定条件下行驶的汽车，就要采用性能最合适的轮胎。轮胎基本性能包括：

1）轮胎滚动阻力。

2）轮胎所产生的热量。

3）轮胎的制动性能。

4）轮胎花纹发出的噪声。

5）驻波。

6）浮滑现象。

7）拐弯力性能。

8）轮胎磨损。

9）轮胎的均匀性。

1.滚动阻力

产生轮胎滚动阻力的原因有以下两个方面：

（1）轮胎与路面的摩擦阻力轮胎在路面上滑动时，便产生了摩擦阻力。这种摩擦阻力占全部滚动阻力的5%～10%，并且随路面情况、轮胎结构、胎面花纹及其他因素而波动。

（2）轮胎变形所产生的阻力车辆运动时，与路面接触的胎面部分会不断改变，迫使胎面、胎壁等部分在轮胎旋转一周时完成一个变形周期。该变形周期消耗了车轮旋转所需的部分能量，并产生了阻力。它是轮胎滚动阻力产生的主要原因，占全部滚动阻力的90%以上。

轮胎滚动阻力的表达式为

R=KW式中，R为滚动阻力；K为滚动阻力系数；W为作用在轮胎上的负载。

影响轮胎滚动阻力系数K的因素包括以下几种：

1）路面。汽车的滚动阻力系数随路面的变化而变化。沥青路面的滚动阻力系数较小，越软的路面滚动阻力越大。

2）车速。汽车的滚动阻力系数随车速的增加而增加。在同一车速下充气压力越低，滚动阻力越大。

3）充气压力。汽车的滚动阻力系数随充气压力的增加而减小。在同一充气压力下车速越高，滚动阻力越大。

4）轮胎结构。汽车的滚动阻力系数与轮胎结构有关系，子午线轮胎比斜线轮胎滚动阻力小。

5）轮胎高宽比。汽车的滚动阻力系数随高宽比的增加而增加。当车速小于100km/h时，高宽比的变化对轮胎的摩擦系数影响不大；当车速大于100km/h时，滚动阻力系数随高宽比的增加而成倍增加。因此，现代高速轿车大都采用高宽比较小的扁平低压轮胎。

2.轮胎所产生的热量

轮胎所产生的热量与充气压力、载荷、车速、结构有关。由于轮胎材料由橡胶帘布层、帘线等组成，属于不具有完全的弹性及不良导体。当这些材料在轮胎扭曲时吸收能量转化为热量，而热量不能快速散发，因此热量积累在轮胎材料内部，造成轮胎内部温度上升。过量的热量积累会削弱各轮胎帘布层与轮胎帘线之间的粘力，最终导致各橡胶层分离，甚至使轮胎爆裂。

3.制动性能

轮胎与路面间所产生的摩擦可使汽车减速和停车。所产生的制动力大小取决于路面条件、轮胎类型、轮胎结构及轮胎运作的其他条件。

4.胎面花纹噪声

胎面花纹噪声是最突出的工作声音。与路面接触的胎面纹槽中含有空气，这些空气密封在纹槽与路面之间，并受到压缩。当胎面离开路面时，受到压缩的空气便从纹缝中突然冲出，产生噪声。

如将胎面设计成更容易将空气封闭在纹槽中的形式，则花纹噪声便会增大。例如，区间花纹或横向花纹就比纵向折线花纹更容易产生噪声。当车速升高时，噪声的音调（频率）也随之升高。鉴于花纹噪声取决于胎面花纹的图形，故可将花纹设计成使噪声降至最低的形式。例如，那些看上去似乎只是简单重复的横纹和锯齿形花纹，其花纹间隔之间可能包含了细微的花纹变化。

5.驻波

车辆行驶过程中，随着胎面新的部分与路面接触，轮胎便不断挠曲。稍后，当该部分胎面离开路面时，轮胎内的空气压力及轮胎本身的弹性，便要将胎面和胎体恢复原状。但当车速较高时，轮胎旋转速度快地没有足够时间来完成这一复原过程。在如此短暂的时间间隔中，不断重复这一过程，便会使胎面振动，这些被称为驻波的振动，在轮胎附近不断传播。储存在驻波中心的能量，大部分转化为热量，使轮胎温度急剧升高。在某些情况下，这种储存的热量会导致胎面与胎体（爆裂），甚至在几分钟内将轮胎毁坏。

一般来说，小客车轮胎的最大允许速度，由出现驻波时的车速决定。例如，斜线轮胎的最大允许速度为150km/h。但是，该速度会随空气压力的降低而减小。另一方面，由于子午线轮胎的胎体由刚性束带固定，比较不易变形，故子午线轮胎可以承受较高的车速。大客车、重型载货汽车及轻型载货汽车的行驶速度较低，轮胎的空气压力较高。所以，这些车辆的轮胎很少由于驻波而发生故障。

6.浮滑现象（水滑现象）

浮滑现象也称为水滑现象，发生浮滑现象时，轮胎与路面接触的胎面可分为3个区域，如图2-22所示。